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KR100782201B1 - 근접장 광 저장장치 및 광 픽업 콘트롤 방법 - Google Patents

근접장 광 저장장치 및 광 픽업 콘트롤 방법 Download PDF

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KR100782201B1
KR100782201B1 KR1020050100371A KR20050100371A KR100782201B1 KR 100782201 B1 KR100782201 B1 KR 100782201B1 KR 1020050100371 A KR1020050100371 A KR 1020050100371A KR 20050100371 A KR20050100371 A KR 20050100371A KR 100782201 B1 KR100782201 B1 KR 100782201B1
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Abstract

본 발명은 근접장 광 저장장치에 관한 것으로써, 특히 본 발명은 근접장 광 저장 장치에서 갭(Gap) 에러 신호를 검출하여 고체탐침렌즈(SIL) 부분과 디스크 면사이의 틸트를 조정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 광 디스크의 기록층으로부터 반사된 광신호를 인식하여 대물렌즈와 고체탐침렌즈(SIL)의 틸트를 조정하기 위한 포토다이오드를 포함하고, 상기 포토다이오드는 4분할 되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 근접장 광 저장 장치의 갭 에러 신호를 정확하게 검출하기 위해 대물 렌즈와 SIL로 구성된 부분과 디스크와의 틸트를 초기에 조정하여 갭 서보의 안정성을 확보하고 용이하게 하는 효과가 있다.
광디스크, 틸트, 근접장, 4분할, 포토다이오드

Description

근접장 광 저장장치 및 광 픽업 콘트롤 방법{Near-Field Optical Storage and method for controlling optical pick-up}
도 1은 일반적인 근접장 광 저장장치의 헤드부
도 2는 근접장 광 저장장치의 빔 프로파일
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근접장 광 저장장치의 블록도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4분할 포토다이오드의 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크상에 틸트존재시 조정방법
도 6은 본 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크 상에 틸트 존재시 포토다이오드에 입사되는 빔 프로파일의 내용
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크상에 틸트 존재시 포토다이오드에 입사되는 광량에 대한 그래프
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 디스크상에 틸트 부존재시 포토다이오드에 입사되는 광량에 대한 그래프
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}
20 : 광 디스크 21 : 입력광원
22 : 시준 렌즈 23 : 편광 분할기
24 : 광 분할기 25 : 미러
27 : 반 파장 플레이트 29 : 제1포토다이오드
30 : 제2포토다이오드 32 : 제3포토다이오드
34 : 광 검출기 40 : 자계 발생장치
본 발명은 근접장 광 저장장치에 관한 것으로써, 특히 본 발명은 근접장 광 저장 장치에서 갭(Gap) 에러 신호를 검출하여 고체탐침렌즈(SIL) 부분과 디스크 면사이의 틸트를 조정하는 방법에 관한 것이다.
최근 멀티미디어 및 정보 통신 기술의 급속한 발달은 정보 저장 장치의 대용량화, 고속화, 정보 저장 밀도당 단가의 저렴화 등에 힘입은바 크다. 개인용 컴퓨터의 성능 향상과 인터넷 등 데이터 통신의 급속한 보급, VOD(video on demand), 고품위 텔레비전의 출현 등은 동화상, 음성 신호를 포함한 대량의 데이터를 실시간(real time)으로 전송할 수 있는 고속 광대역의 광 통신(optical communication)의 필요성을 더욱 증대시키고 있으며, 대용량 정보 저장 매체의 필요성 역시 고조되고 있다. 또한, 이동 통신 환경의 일반화에 따른 휴대용 개인 정보화 기기의 보편화에 대응하기 위하여 정보 저장 장치, 디스플레이 장치, 촬상 장치(imaging device) 등의 소형화, 경량화, 저전력화, 저렴화 등이 요구되고 있으며, 이는 이들 장치를 구 성하는 광학 소자의 소형화, 경량화 및 저렴화를 통하여 해결할 수 있다.
상기와 같은 추세에 비추어 볼 때 기존의 광 기록재생방식의 한계를 극복할 수 있는 새로운 광 기록재생방식이 요구되고 있다.
광 기록매체 또는 광 자기 기록매체는 비트(또는 기록마크) 사이즈가 소형화되어야 하고 트랙폭이 협소하게 되어야 고밀도 기록용량을 가질 수 있게 된다. 그러나 보호층, 기록층, 반사층을 포함하는 기록매체의 층상구조 및 그에 따른 집광방식의 차이에 의한 제한, 기록매체의 기록막에 비트를 형성하기 위해 기록매체 상에 집광되는 광의 스폿 크기의 회절한계에 의한 제한 등이 문제되므로, 이러한 제한을 극복하기 위한 광 기록재생방식에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.
종래의 파 필드(far field) 방식의 광 기록재생방법의 문제점을 해소하고자, 최근 빛의 회절이 일어나지 않는 영역에서 기록밀도를 높이기 위한 방법으로서 근접장(Near field)을 이용한 광 기록재생방법이 제안되었다.
근접장 광 기록재생의 원리는 다음과 같다. 렌즈 내부로 임계각 이상의 각도를 갖고 입사하는 빛은 굴절률이 밀한 곳에서 소한 곳으로 진행할 때 빛이 전반사된다. 이때 빛의 전반사에 의해서 렌즈의 표면에는 아주 미세한 세기의 광이 존재하는데 이것을 에버네슨트 웨이브(evanescent wave) 또는 소산파라고 한다. 이 에버네슨트 웨이브를 이용하면, 기존의 원격장(far-field)에서는 빛의 회절 현상 때문에 나타나는 분해능의 절대적인 한계, 즉 회절 한계 때문에 불가능했던 고분해능이 가능하게 된다.
근접장 광 기록재생 광학계는 렌즈 내에서 빛을 전반사시켜 렌즈 표면에 에버네슨트 웨이브를 발생시키고, 에버네슨트 웨이브와 기록매체의 커플 링에 의하여 기록 및 재생을 하게 된다.
상기와 같은 근접광 광 기록장치에 있어서도, 광 디스크의 틸트가 존재한다. 근접장 광 저장 장치의 경우, 대물렌즈와 SIL로 구성된 부분과 디스크 면 사이에 틸트가 발생하게 되면, 갭 에러 신호가 변형되어 나타나며, 이때 SIL 과 디스크와의 접촉 시에 광이 모두 흡수되는 현상이 나타나지 않게 되어 근접장 원리가 적용되지 않게 된다. 이러한 현상은 갭 서보를 불가능하게 하거나 성능을 저하시키는 원인이 된다.
이러한 현상은 미세한 틸트에 의해서도 발생하게 되며, 갭 에러 신호의 빔 프로파일을 보면 틸트 여부를 알 수 있다.
도 1은 근접장 광 저장 장치의 렌즈 부분의 구성도이다. 도 2는 디스크와 SIL이 멀리 떨어져 있을 때의 빔 프로파일을 나타낸 것이다. SIL 과 디스크와의 평형이 정확하게 이루어지는 경우에 도 2와 같이 약간 어두운 부분이 4군데 존재하면서 밝기가 일정한 형태를 나타내게 된다.
지금까지 특별히 틸트 조정을 위한 방법은 존재하지 않으며, 일반적으로 수동으로 SIL 면과 디스크를 접촉시키면서 검출되는 갭 에러 신호를 육안으로 확인하면서 조립 과정에서 틸트를 조정한다.
그러나 이러한 틸트 조정방법은 정확성에 있어서 많은 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 광 저장장치에서 반사되는 광신호를 이용하여 광 디스크의 틸트를 측정하는 근접장 광 저장장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 근접장 광 저장장치는 광 디스크의 기록층으로부터 반사된 광신호를 인식하여 대물렌즈와 고체탐침렌즈(SIL)의 틸트를 조정하기 위한 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 포토다이오드는 적어도 4분할 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 포토다이오드는 광 디스크에서 반사되어 입사되는 광 신호를 중심에서 균등하게 분할되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 포토다이오드는 분할된 영역 중 수직으로 좌, 우를 균등하게 분할하였을 때 좌측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호와 우측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호의 차를 이용하여 좌, 우 틸트를 검출하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 포토다이오드는 분할된 영역 중 수평으로 상, 하를 균등하게 분할하였을 때 상측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호와 하측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호의 차를 이용하여 상, 하 틸트를 검출하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 틸트의 크기는 상기 고체탐침렌즈와 광 디스크를 접근시킨 후 상기 고체탐침렌즈와 광 디스크가 접촉하였을 때 상기 포토다이오드로 입사되는 신호의 세기를 이용하여 계산되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 근접장 광 기록재생장치를 광 경로(optical path)에 따라 설명하면 다음과 같다.
입력 광원(21)으로부터 조사된 레이저 빔은 일련의 시준 렌즈(collimator : 22), 편광 분할기(polarized beam splitter : 23), 또 다른 광 분할기(24)를 거쳐 광로를 변경해주는 45°미러(25)를 거쳐 활주형 광 픽업 헤드(100)에 조사되어, 상기 활주형 광 픽업 헤드(100)의 구성 요소인 대물 렌즈(26)를 지나게 되며, 집속된 레이저 광은 상기 대물 렌즈(26)와 광 정렬되어 조립되어 있는 렌즈 모듈(10)에 입사되어 광 디스크(20)의 기록층에 조사된다.
여기서, 렌즈 모듈(10)은 상기 본 발명에 의한 제조 방법에 의해 제조된 것이다.
광 디스크(20)의 기록층에 입사된 레이저 광은 입사된 위치의 광학적 특성에 따라 반사되는 광의 성질이 변경되며, 이때, 반사되는 광 특성(Kerr rotation angle, 반사도 등)에 의해 입력 광이 조사된 위치에 저장되어 있는 데이터의 디지털 정보를 판별할 수 있게 된다.
광 디스크(20)의 기록층에서 반사된 광 정보는 입력되는 광 경로를 역행하여 렌즈 모듈(10), 대물 렌즈(26), 미러(25), 광 분할기(24), 반 파장(λ/2) 플레이트(27)를 거쳐 제2편광 광 분할기를 통하여 광 디스크의 기록층으로부터 반사된 광 차분 신호(differential signal)를 판독할 수 있는 제1포토다이오드(29) 및 제2포토다이오드(30)로 분할되어 입사된다.
상기 과정은 고밀도 광 디스크에 저장되어 있는 데이터를 읽는 경우이며, 디스크에 정보를 기록하기 위해서는 디스크의 정보 기록 방식에 맞도록 시스템을 구성할 수 있다.
디스크 기록 물질이 광 위상 천이(phase change) 방식인 경우, 입력 광원의 광 세기(optical power)를 높여 디스크상의 기록 위치의 온도를 국부적으로 높여 기록층의 위상 천이를 발생시킴으로써 데이터 기록이 가능하다.
또 다른 경우인 광자기(magneto-optical : MO) 방식의 물질이 정보 기록층인 경우에는 근접장 광학계와 결합된 자계 발생 장치(40)를 통하여 정보를 기록 및 되쓰기(direct overwriting) 할 수 있다.
즉, 기록될 디지털 정보에 따라 자계 발생부에서 발생되는 자계(magnetic field)의 방향 및 세기를 조절하고 이 위치에 조사되는 레이저 빔의 세기를 조절하여 광자기 정보를 기록할 수 있다.
입사되는 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있도록, 광 검출기(34)가 시스템에 적용될 수 있으며, 광원(21)으로부터 입사되는 레이저 광의 일부가 제1편광 광 분할기(23)를 거쳐 제3집속 렌즈를 통해 입력 레이저 광의 세기를 실시간으로 관측하는 광 검출기(34)에 입사되고, 이 광 검출기의 출력을 되먹임(feedback)하여 레이저 광원(21)에서 출사되는 입력 광의 세기를 기록/재생시에 필요한 세기로 일정하게 유지할 수 있게 된다.
또 다른 광 감지기인 제3포토 다이오드(32)는 광 디스크(20)로부터 반사되어 오는 레이저 광 신호의 일부를 이용하여 근접장 광학계의 트랙킹(tracking) 및 포커싱(focusing) 보정을 위한 서보 신호(servoing signal)를 검출하기 위한 용도로 이용된다. 상기 제3포토 다이오드는 4분할된 포토다이오드로써, 도 4에 그 구성이 잘 나타나 있다. 상기 4분할된 포토다이오드가 틸트를 제어하는 구체적인 방법에 대해서는 차후 도면과 함께 상술될 것이다.
광 디스크(20)와 렌즈 모듈(10)의 미소 간격은 슬라이더 미세 구조물에 대물 렌즈(26)가 장착된 렌즈 모듈(10)을 슬라이더의 활주 방향을 기준으로 후미(trailling edge)에 해당하는 측에 접합하여 구성되는 활주형 광 픽업 헤드(100)에 의해 유지된다.
활주형 광 픽업 헤드(100)는 회전하는 광 디스크(20) 표면상을 부상하여 트랙킹할 수 있도록, 광 디스크(20) 표면에 수직 방향으로 유연하도록 만들어진 서스펜션(suspension)에 의해 현가된다.
본 발명은 근접장 광 저장 장치에서 대물 렌즈와 SIL로 구성된 부분과 디스크와의 틸트를 정확하게 조정하고자 하는 방법으로, 포토다이오드(PD)로 들어오는 빔의 프로파일이 틸트에 의해 비대칭 형태로 나타날 경우에 밝기가 서로 다르기 때문에 이를 4분할 포토다이오드로 검출하여 틸트를 조정하게 된다. 도 4는 틸트조정이 정확히 되었을 때의 디스크에서 돌아오는 빔을 4분할 포토다이오드에 위치하도록 설정한 경우이다.
상술한 바와 같이 틸트조정이 정확하게 평형을 이루면 포토다이오드의 각 셀에서 나오는 전기적 신호의 크기가 동일하게 된다. 하지만, 도 5와 같이 디스크 좌우에 틸트가 존재하는 경우에는 포토다이오드에 입사되는 빔의 프로파일이 도면 6과 같이 A, D는 어둡고, B, C는 밝게 나타난다. 따라서 '(A+D)-(B+C)' 와 같이 신호를 검출하여 그 값이 영으로 수렴하도록 조정을 해 주면 된다.
이와 같은 방법으로 디스크 상하에 틸트가 존재하는 경우에는 A, B는 어둡고, C, D가 밝게 나타난다. 따라서 '(A+B)-(C+D)' 와 같이 신호를 검출하여 그 값이 영으로 수렴하도록 조정을 해 주면 된다. 이와 같은 조정을 통해서 틸트가 존재하지 않아야만 갭 서보를 위한 갭 에러 신호를 정확히 검출할 수 있다.
따라서 디스크의 좌우, 앞뒤 틸트를 (A+D-(B+C)와 (A+B)-(C+D)의 두 신호가 동시에 영으로 수렴하도록 조정할 필요가 있다.
근접장의 원리는 SIL 과 디스크의 거리가 근접장(near field)에 존재할 때 포토다이오드에 도달하는 빔의 양이 점점 감소하다가 디스크와 접촉되었을 때 포토다이오드에 빔이 거의 도달하지 않게 된다. 따라서 갭 에러 신호로 사용하는 값은 (A+B+C+D) 이기 때문에 SIL 과 디스크 사이에 틸트가 존재하면 SIL 과 디스크가 접촉되었을 때 반사되는 빔이 존재하여 도면 7과 같이 임의의 값을 가지게 된다. 이 값은 틸트가 클수록 더욱 커지게 된다.
도 7을 참조하면, 포토다이오드의 최대광량이 입사되다가 SIL 렌즈와 광 디스크가 점점 가까워짐에 따라 광량이 감소하게 되는데, 광 디스크에 틸트가 존재하는 경우, SIL렌즈와 광 디스크가 접촉을 하더라도 소정의 광량이 검출된다. 이러한, 경우는 틸트가 존재하는 것이므로 본 발명에 따른 틸트제어를 시작한다.
반면에 SIL 과 디스크에 틸트가 전혀 존재하지 않는 경우에는 도면 8과 같이 갭 에러 신호가 포토다이오드에 빔이 완전히 차단되어 어떠한 광도 검출되지 않는다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 근접장 광 저장 장치의 갭 에러 신호를 정확하게 검출하기 위해 대물 렌즈와 SIL 로 구성된 부분과 디스크와의 틸트를 초기에 조정하여 갭 서보의 안정성을 확보하고 용이하게 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 근접장 광 저장장치에 있어서,
    광 디스크의 기록층으로부터 반사된 광신호를 인식하여 대물렌즈와 고체탐침렌즈(SIL)의 틸트를 조정하기 위한 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 포토다이오드는 광 디스크에서 반사되어 입사되는 광 신호를 중심으로 균등하게 분할되는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 포토다이오드는 적어도 4분할 이상인 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 포토다이오드는 분할된 영역 중 수직으로 좌, 우를 균등하게 분할하였을 때 좌측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호와 우측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호의 차를 이용하여 좌, 우 틸트를 검출하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 포토다이오드는 분할된 영역 중 수평으로 상, 하를 균등하게 분할하였을 때 상측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호와 하측에 배치되는 포토다이오드에 입사되는 신호의 차를 이용하여 상, 하 틸트를 검출하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 틸트의 크기는 상기 고체탐침렌즈와 광 디스크를 접근시킨 후 상기 고체탐침렌즈와 광 디스크가 접촉하였을 때 상기 포토다이오드로 입사되는 신호의 세기를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 근접장 광 저장장치.
  7. 기록매체로부터 반사된 광을 이용하여 광픽업을 콘트롤하는 방법에 있어서,
    상기 반사된 광을 포토다이오드를 이용하여 2이상의 신호로 생성하고, 상기 2이상의 신호를 비교하여 그 차 값에 근거하여 틸트를 조정하며, 상기 광픽업은 고체탐침렌즈(SIL)인 것을 특징으로 하는 광픽업 콘트롤 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 적어도 4분할 이상이고, 상기 2이상의 신호는 고체탐침렌즈의 진행방향을 기준으로 좌측과 우측에 대응하는 신호이거나 상측과 하측에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 광 픽업 콘트롤 방법.
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